WO2014038453A1 - 基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

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WO2014038453A1
WO2014038453A1 PCT/JP2013/073029 JP2013073029W WO2014038453A1 WO 2014038453 A1 WO2014038453 A1 WO 2014038453A1 JP 2013073029 W JP2013073029 W JP 2013073029W WO 2014038453 A1 WO2014038453 A1 WO 2014038453A1
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induction coil
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heating body
reaction
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志有 ▲ひろ▼地
山口　天和
賢治 白子
周平 西堂
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株式会社日立国際電気
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • C23C16/32—Carbides
    • C23C16/325—Silicon carbide
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, a substrate processing method, and a semiconductor device manufacturing method.
  • Patent Document 1 describes temperature control in a diffusion device, a CVD device, or the like that performs heat treatment on a substrate such as a wafer.
  • the conventional substrate processing apparatus it takes a lot of time and labor to adjust the temperature in the reaction vessel after the maintenance of the apparatus or when the process conditions are changed.
  • a high frequency current is passed through an induction coil provided around the heating body to inductively heat the heating body.
  • the inside of the reaction vessel is heated.
  • the heat generation distribution on the surface of the heating body depends on the structure of the induction coil and the heating body. If the shape, dimensions, material, etc. of the induction coil and the heating body are not changed, the heat generation distribution on the surface of the heating body cannot be changed. Can not.
  • the reaction vessel is opened to the atmosphere, so that a vacuum replacement operation and a cleaning operation in the reaction vessel are required.
  • An object of the present invention is to make it possible to adjust the temperature in the reaction vessel without changing the shape, dimensions, material, etc. of the induction coil or the heating element.
  • a substrate processing apparatus includes a reaction vessel that processes a plurality of stacked substrates, a heating body that heats the inside of the reaction vessel, an induction coil that induction-heats the heating body, and the induction coil And a short-circuit ring that generates a magnetic field in a direction different from the magnetic field acting on the heating body when a high-frequency current is applied to the induction coil.
  • a substrate processing method includes a reaction vessel that processes a substrate, a heating body that heats the inside of the reaction vessel, an induction coil that is provided around the heating body, and a periphery of the induction coil.
  • a high frequency current is applied to the induction coil, a plurality of substrates are loaded in a stacked state into the reaction vessel of the substrate processing apparatus including a short-circuit ring that generates a magnetic field having a direction different from the magnetic field acting on the heating body.
  • a step of energizing the induction coil to inductively heat the heating body to heat the inside of the reaction vessel; and a position of the short-circuit ring with respect to the induction coil is changed to adjust the temperature in the reaction vessel.
  • a manufacturing method of a semiconductor device which is one embodiment of the present invention includes a reaction vessel for processing a substrate, a heating body for heating the inside of the reaction vessel, an induction coil provided around the heating body, and a periphery of the induction coil.
  • a high frequency current is applied to the induction coil, a plurality of substrates are stacked in the reaction vessel of the substrate processing apparatus including a short-circuit ring that generates a magnetic field having a direction different from the magnetic field acting on the heating body.
  • a substrate process for carrying in, energizing the induction coil, inductively heating the heating body to heat the inside of the reaction vessel, and changing the position of the shorting ring with respect to the induction coil to adjust the temperature in the reaction vessel Process.
  • the temperature in the reaction vessel can be adjusted without changing the shape, dimensions, material, etc. of the induction coil or the heating element.
  • FIG. 9 It is sectional drawing which shows an example of the arrangement
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a SiC epitaxial growth apparatus for forming a SiC epitaxial film, which is an example of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied.
  • the illustrated SiC epitaxial growth apparatus 10 is a so-called batch type vertical SiC epitaxial growth apparatus, which can process a plurality of SiC wafers stacked in the height direction at a time.
  • the batch type vertical SiC epitaxial growth apparatus has an advantage that the number of SiC wafers that can be processed at one time is large and the throughput is improved.
  • SiC epitaxial growth apparatus 10 is referred to as “semiconductor manufacturing apparatus 10”.
  • a pod (hoop) 16 that is a substrate container that stores a wafer 14 that is a substrate made of, for example, Si or SiC is used as a wafer carrier.
  • a pod stage 18 is disposed on the front side of the housing 12, and a plurality of pods 16 are carried into the pod stage 18 from the outside.
  • Each pod 16 stores, for example, 25 wafers 14 and is set on the pod stage 18 with the lid 16a closed.
  • a pod transfer device 20 is provided on the front side of the housing 12 and facing the pod stage 18.
  • a pod storage shelf 22, a pod opener 24, and a substrate number detector 26 are provided in the vicinity of the pod transfer device 20.
  • the pod storage shelf 22 is provided above the pod opener 24, and is configured to hold a plurality of pods 16 (five in the drawing) mounted thereon.
  • the substrate number detector 26 is provided adjacent to the pod opener 24, and the pod transfer device 20 transfers the pods 16 one after another between the pod stage 18, the pod storage shelf 22 and the pod opener 24. It has become.
  • the pod opener 24 opens the lid 16a of the pod 16, and the substrate number detector 26 detects the number of wafers 14 in the pod 16 with the lid 16a opened.
  • the substrate transfer machine 28 includes a plurality of arms (tweezers) 32 and has a structure that can be moved up and down and rotated by a driving means (not shown). Each arm 32 can take out, for example, five wafers 14 at a time. By moving each arm 32, the wafer 14 is moved between the pod 16 and the boat 30 placed at the position of the pod opener 24. It is designed to be transported.
  • the boat 30 is formed of, for example, a heat resistant material such as carbon graphite or SiC, and is configured to stack and hold a plurality of wafers 14 in a horizontal posture and in a state where their centers are aligned with each other in the vertical direction. It is configured.
  • a boat heat insulating portion 34 formed in a substantially cylindrical shape is provided on the lower side of the boat 30 (see FIG. 2).
  • the boat heat insulating part 34 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC, for example, and makes it difficult for heat from a heating body 48 described later to be transmitted to the lower side of the processing furnace 40.
  • a processing furnace 40 is provided on the back side and the upper side in the housing 12. Inside the processing furnace 40, a boat 30 loaded with a plurality of wafers 14 in a stacked state is carried in and out, and a heat treatment (film formation process) is performed on each wafer 14.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the processing furnace 40.
  • the processing furnace 40 includes a first gas supply nozzle (gas nozzle, first gas nozzle) 60 having a first gas supply port (gas supply port) 68, a second gas supply port (gas supply port). ) 72 having a second gas supply nozzle (gas nozzle, second gas nozzle) 70 and a first gas exhaust port (gas exhaust port) 90 for exhausting the reaction gas from each gas supply nozzle 60, 70 to the outside.
  • a third gas supply port 360 for supplying an inert gas and a second gas exhaust port 390 for exhausting the inert gas to the outside are provided.
  • the processing furnace 40 includes a reaction tube 42 that forms a cylindrical reaction chamber 44.
  • the reaction tube 42 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC, and is formed in a cylindrical shape having a closed upper end and an opened lower end.
  • a reaction chamber 44 is formed in the reaction tube 42.
  • the reaction chamber 44 is configured to be able to carry in and out the boat 30 that holds a plurality of wafers 14 in a horizontal posture and aligned in the center and stacked and held in the vertical direction. .
  • the wafer holder 15 held by the boat 30 is formed of a lower wafer holder 15a formed in an annular shape and an upper wafer holder 15b formed in a disk shape, and the lower wafer holder 15a and the upper wafer holder 15b are formed.
  • the wafer 14 can be protected from particles (fine dust) falling from the upper side of the wafer 14, and the surface (upper surface of the wafer 14) opposite to the film formation surface (lower surface of the wafer 14) is protected. Film formation can be suppressed.
  • the film formation surface of the wafer 14 can be separated from the boat 30 (boat column), it is possible to reliably prevent a problem that the reaction gas hardly flows to the film formation surface of the wafer 14 due to the influence of the boat column. Also in this case, the boat 30 stacks and holds the plurality of wafers 14 in the vertical direction via the lower wafer holder 15a and the upper wafer holder 15b in a horizontal posture and with the centers aligned. .
  • the reaction gas supplied from the gas supply nozzles 60 and 70 is provided along the inner wall of the heating body 48 by providing the structures at positions facing each other so as not to contact the boat 30 (wafer 14). Therefore, it is possible to obtain a rectifying effect that can prevent the wafer 14 from flowing around.
  • the processing temperature of the SiC epitaxial film is as high as 1500 to 1800 ° C., it is preferable that the structure is made of carbon graphite or the like from the viewpoint of heat resistance and suppressing generation of particles.
  • a manifold 36 is disposed concentrically with the reaction tube 42 on the opening side (lower side) of the reaction tube 42.
  • the manifold 36 is made of, for example, stainless steel and is formed in a cylindrical shape having an upper side and a lower side opened.
  • the manifold 36 supports the reaction tube 42, and an O-ring (not shown) as a seal member is provided between the manifold 36 and the reaction tube 42.
  • the manifold 36 is supported by a holding body (not shown), so that the reaction tube 42 is installed vertically.
  • the reaction tube 42 and the manifold 36 constitute a reaction vessel.
  • the processing furnace 40 includes an induction coil 50 and a heating body 48 that is induction-heated by the induction coil 50.
  • the heating body 48 is provided in the reaction chamber 44.
  • the induction coil 50 is provided outside the reaction chamber 44 (reaction tube 42) so as to surround the reaction tube 42.
  • the heating body 48 is induction-heated and self-heats to heat the inside of the reaction chamber 44.
  • a short-circuit ring 51 is provided around the induction coil 50.
  • a current also flows through the short ring 51 to generate a magnetic field.
  • This magnetic field is a magnetic field that acts in the opposite direction to the magnetic field that acts on the heating body 48, and reduces the amount of heat generated by the heating body 48. That is, the induction heating efficiency of the heating body 48 by the induction coil 50 is intentionally reduced by the short-circuit ring 51, so that the temperature of the heating body 48 and consequently the reaction chamber 44 can be adjusted.
  • the temperature of the reaction chamber 44 can be adjusted in more detail by changing the position of the short-circuit ring 51 with respect to the induction coil 50.
  • the position change of the short-circuit ring 51 with respect to the induction coil 50 includes a position change in the vertical direction (axial direction) and a position change in the horizontal direction (radial direction).
  • the short-circuit ring 51 may be moved up and down.
  • a guide member that holds the short-circuit ring 51 along the axial direction of the induction coil 50 may be provided, and the short-circuit ring 51 may be moved up and down manually along the guide member.
  • an electric motor and a drive mechanism including a gear that converts the rotational motion of the electric motor into a linear motion and transmits it to the short-circuit ring 51 may be provided, and the short-circuit ring 51 may be moved up and down along the guide member by this drive mechanism.
  • the short-circuit ring 51 shown in the figure may be replaced with another short-circuit ring 51 having a different diameter.
  • a holder member to which a plurality of short-circuit rings 51 having different diameters can be attached and detached
  • a plurality of short-circuit rings 51 having different diameters are prepared in advance, and a short-circuit ring arbitrarily selected from the plurality of short-circuit rings 51 51 may be attached to the holder member.
  • the number of shorting rings 51 is not limited to one, and a plurality of shorting rings 51 may be arranged around the induction coil 50.
  • the dimensions (height, thickness, diameter, etc.) of the respective short-circuit rings 51 may or may not be common.
  • an exhaust pipe is provided on the lower side in the vertical direction of the reaction chamber.
  • the gas exhaust pipe 230 connected to the first gas exhaust port 90 and the second gas exhaust port 390 is provided on the lower side in the vertical direction of the reaction chamber 44 (see FIG. 2).
  • wafers are also present in the lower part of the reaction chamber, the temperature around the lower part of the reaction chamber is required to be adjusted more precisely than other parts.
  • the short-circuit ring 51 is disposed in the other part if the short-circuit ring 51 is disposed in the lower part of the induction coil 50 or in the vicinity of the gas exhaust pipe 230 to enable detailed temperature adjustment in the lower part of the reaction chamber 44.
  • the substrate can be processed under a more appropriate temperature condition as compared with the above.
  • a temperature sensor (not shown) is provided as a temperature detecting body for detecting the temperature in the reaction chamber 44.
  • the induction coil 50 and the temperature sensor are electrically connected to the temperature control unit 52 (see FIG. 7) of the controller 152, and the power supply to the induction coil 50 is adjusted based on the temperature information detected by the temperature sensor.
  • the temperature in the reaction chamber 44 is controlled at a predetermined timing so as to have a desired temperature distribution.
  • a heat insulating material 54 formed of carbon felt or the like that is difficult to be induction-heated is provided between the reaction tube 42 and the heating body 48.
  • a heat insulating material 54 formed of carbon felt or the like that is difficult to be induction-heated.
  • an outer heat insulating wall 55 having a water cooling structure is provided in order to suppress the heat in the reaction chamber 44 from being transmitted to the outside.
  • the outer heat insulating wall 55 is provided so as to surround the reaction chamber 44, the induction coil 50, and the short-circuit ring 51.
  • a magnetic seal 58 is provided outside the outer heat insulating wall 55 to prevent a magnetic field (magnetic flux) generated by energizing the induction coil 50 from leaking to the outside.
  • a first gas supply port 68 is provided between the heating body 48 and the wafer 14 to supply a gas containing at least Si (silicon) atoms and Cl (chlorine) atoms and a carrier gas to the wafer 14.
  • One gas supply nozzle 60 is provided.
  • a second gas supply nozzle 70 having two gas supply ports 72 is provided.
  • a first gas exhaust port 90 is provided between the heating body 48 and the wafer 14 on the opposite side of the gas supply nozzles 60 and 70.
  • a third gas supply port 360 and a second gas exhaust port 390 are provided between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54.
  • reaction gases supplied from the gas supply nozzles 60 and 70 described above are examples given for explaining the semiconductor manufacturing apparatus 10, and details of these reaction gases will be described later. Further, in FIG. 2, for the sake of brevity, one gas supply nozzle 60, 70 is shown (two in total), but the number and detailed structure of each gas supply nozzle 60, 70 are shown. Etc. will be described later.
  • the first gas supply nozzle 60 is made of, for example, carbon graphite and is provided in the reaction chamber 44.
  • the first gas supply nozzle 60 includes a proximal end portion 60a and a distal end portion 60b.
  • the proximal end portion 60a penetrates the manifold 36 and is attached to the manifold 36 by welding or the like.
  • the first gas supply nozzle 60 is provided with a plurality of first gas supply ports 68 along the longitudinal direction thereof.
  • gas containing at least Si (silicon) atoms and Cl (chlorine) atoms from the first gas supply port 68 into the reaction chamber 44 is, for example, tetrachlorocyanide (hereinafter referred to as SiCl 4 ).
  • Gas tetrachlorocyanide
  • Ar gas a rare gas
  • the first gas supply nozzle 60 is connected to the first gas line 222.
  • the first gas line 222 is connected to, for example, the gas pipes 213a and 213b, and the gas pipes 213a and 213b are mass flow controllers (hereinafter referred to as MFC) as flow rate controllers (flow rate control means) for SiCl 4 gas and Ar gas.
  • MFC mass flow controllers
  • the first gas supply source 210a for supplying SiCl 4 gas and the second gas supply source 210b for supplying Ar gas are respectively connected via 211a, 211b and valves 212a, 212b.
  • each of the SiCl 4 gas and Ar gas can be controlled in the reaction chamber 44.
  • Each valve 212a, 212b and each MFC 211a, 211b are electrically connected to a gas flow rate control unit 78 (see FIG. 7) of the controller 152, so that the flow rate of each supplied gas becomes a predetermined flow rate. It is controlled at a predetermined timing.
  • the first and second gas supply sources 210a and 210b, the valves 212a and 212b, the MFCs 211a and 211b, the gas pipes 213a and 213b, the first gas line 222, the first gas supply nozzle 60, and the first gas supply port 68 constitutes a first gas supply system as a gas supply system.
  • the second gas supply nozzle 70 is made of, for example, carbon graphite and is provided in the reaction chamber 44.
  • the second gas supply nozzle 70 includes a proximal end portion 70a and a distal end portion 70b.
  • the proximal end portion 70a penetrates the manifold 36 and is attached to the manifold 36 by welding or the like.
  • the second gas supply nozzle 70 is provided with a plurality of second gas supply ports 72 along the longitudinal direction thereof.
  • a gas containing at least C (carbon) atoms from the second gas supply port 72 into the reaction chamber 44 for example, propane (hereinafter referred to as C 3 H 8 ) gas and reducing gas.
  • propane hereinafter referred to as C 3 H 8
  • hydrogen hydrogen (H atom simple substance or H 2 molecule; hereinafter referred to as H 2 ) is supplied.
  • the second gas supply nozzle 70 is connected to the second gas line 260.
  • the second gas line 260 for example, the gas pipe 213c, connected to 213d, each gas pipe 213c, 213d via the MFC211c and valve 212c as a flow rate controller for C 3 H 8 gas, C 3 H 8 is connected gas to the third gas supply source 210c for supplying, via a MFC211d and valve 212d as a flow rate controller to H 2 gas are respectively connected to the fourth gas supply source 210d for supplying H 2 gas .
  • each of the C 3 H 8 gas and H 2 gas can be controlled in the reaction chamber 44.
  • Each valve 212c, 212d and each MFC 211c, 211d are electrically connected to a gas flow rate control unit 78 (see FIG. 7) of the controller 152, so that the flow rate of each supplied gas becomes a predetermined flow rate. It is controlled at a predetermined timing.
  • the third and fourth gas supply sources 210c and 210d, the valves 212c and 212d, the MFCs 211c and 211d, the gas pipes 213c and 213d, the second gas line 260, the second gas supply nozzle 70, and the second gas supply port 72 constitutes a second gas supply system as a gas supply system.
  • the layout is as shown in FIG. Specifically, a plurality of first gas supply nozzles 60 and second gas supply nozzles 70 are provided along the inner periphery of the heating body 48 in the reaction chamber 44, and the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 are provided. Can be ejected toward the wafer 14 respectively. Furthermore, the second gas supply nozzle 70 may be disposed at both ends. With such a layout, the reducing gas supplied from the second gas supply port 72 makes it easy to supply the film forming gas to the wafer 14 and suppresses the deposition of the Si film or the SiC film outside the wafer 14. can do.
  • any number of the first gas supply ports 68 and the second gas supply ports 72 may be provided in the stacked region (product region) of the wafer 14.
  • a number corresponding to the number of stacked wafers 14 may be provided in the stacked region of the wafers 14.
  • the first gas exhaust port 90 is disposed so as to face the positions of the gas supply nozzles 60 and 70.
  • a gas exhaust pipe 230 connected to the first gas exhaust port 90 passes through the manifold 36 and is attached by welding or the like.
  • a vacuum exhaust device 220 such as a vacuum pump is provided downstream of the gas exhaust pipe 230 via a pressure sensor (not shown) as a pressure detector and an APC (Auto Pressure Controller) valve 214 as a pressure regulator. It is connected.
  • An exhaust system that is, an exhaust line, is mainly configured by the gas exhaust pipe 230, the pressure sensor, and the APC valve 214. Note that a vacuum exhaust device 220 such as a vacuum pump may be included in the exhaust system.
  • a pressure control unit 98 (see FIG. 7) of the controller 152 is electrically connected to the pressure sensor and the APC valve 214, and the pressure control unit 98 is based on the pressure detected by the pressure sensor. Is adjusted at a predetermined timing so that the pressure in the processing furnace 40 becomes a predetermined pressure.
  • a gas containing at least Si (silicon) atoms and Cl (chlorine) atoms and a carrier gas are supplied from the first gas supply port 68, and at least C (carbon) atoms are contained from the second gas supply port 72.
  • Gas and reducing gas are supplied, and the supplied reaction gas flows parallel to the wafer 14 made of Si or SiC and is exhausted from the first gas exhaust port 90. Therefore, the entire film formation surface of the wafer 14 is exposed to the reaction gas efficiently and uniformly.
  • the third gas supply port 360 is disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54, and the base end side (the lower side in the drawing) penetrates the manifold 36 and is attached to the manifold 36 by welding or the like. ing. Further, the second gas exhaust port 390 is disposed between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 so as to face the third gas supply port 360, and the second gas exhaust port 390 is disposed in the gas exhaust tube 230. It is connected to the.
  • the third gas supply port 360 is connected to the third gas line 240, and the third gas line 240 is connected to the fifth gas supply source 210e via the valve 212e and the MFC 211e.
  • a rare gas Ar (argon) gas is supplied from the fifth gas supply source 210e and contributes to the growth of the SiC epitaxial film, for example, a Si (silicon) atom-containing gas or C ( A carbon) atom-containing gas, a Cl (chlorine) atom-containing gas or a mixed gas thereof is prevented from entering between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54, and thereby the inner wall of the reaction tube 42 or the outer wall of the heat insulating material 54. To prevent unwanted products from adhering to the surface.
  • valve 212e and each MFC 211e are also electrically connected to the gas flow rate control unit 78 (see FIG. 7) of the controller 152, and at a predetermined timing so that the flow rate of Ar (argon) gas becomes a predetermined flow rate.
  • the inert gas supplied between the reaction tube 42 and the heat insulating material 54 is exhausted from the vacuum exhaust device 220 through the second gas exhaust port 390 and the APC valve 214 on the downstream side of the gas exhaust tube 230. Is done.
  • a seal cap 102 is provided on the lower side of the processing furnace 40 as a furnace port lid for hermetically closing the opening of the processing furnace 40.
  • the seal cap 102 is made of a metal such as stainless steel and is formed in a disk shape.
  • An O-ring (not shown) is provided on the upper surface of the seal cap 102 as a seal member that comes into contact with the lower portion of the processing furnace 40.
  • the seal cap 102 is provided with a rotation mechanism 104, and the rotation shaft of the rotation mechanism 104 passes through the seal cap 102 and is connected to the boat heat insulating portion 34 to rotate the boat heat insulating portion 34 and the boat 30.
  • the plurality of stacked wafers 14 are rotated.
  • the seal cap 102 is configured to be moved up and down in the vertical direction by a lifting motor (not shown) as a lifting mechanism provided outside the processing furnace 40. Thereby, the boat 30 can be carried in and out of the processing furnace 40.
  • a drive control unit 108 (see FIG. 7) of the controller 152 is electrically connected to the rotation mechanism 104 and the lifting motor, and is configured to control at a predetermined timing so as to perform a predetermined operation.
  • controller 152 that controls each unit (various valves, drive unit, etc.) constituting the semiconductor manufacturing apparatus 10 for forming the SiC epitaxial film will be described.
  • the controller 152 includes a temperature control unit 52, a gas flow rate control unit 78, a pressure control unit 98, and a drive control unit 108.
  • the temperature control unit 52, the gas flow rate control unit 78, the pressure control unit 98, and the drive control unit 108 constitute an operation unit and an input / output unit, and are electrically connected to the main control unit 150 that controls the entire semiconductor manufacturing apparatus 10, respectively. Connected.
  • a reaction gas (source gas) composed of at least a Si (silicon) atom-containing gas and a C (carbon) atom-containing gas is supplied to a reaction chamber. Therefore, it is necessary to form a SiC epitaxial film.
  • Gas supply nozzles 60 and 70 are provided in the reaction chamber 44 and along the longitudinal direction of the boat 30 in order to supply reaction gases from the vicinity. Accordingly, the conditions in the gas supply nozzles 60 and 70 are the same as those in the reaction chamber 44.
  • the reaction gases react with each other and are consumed, and the reaction gas is insufficient on the downstream side of the reaction chamber 44.
  • the deposits such as SiC films that react and accumulate in the gas supply nozzle block the gas supply port of the gas supply nozzle, the reaction gas supply becomes unstable, and particles are generated. It will occur.
  • the Si atom-containing gas is supplied from the first gas supply nozzle 60, and the C atom-containing gas is supplied from the second gas supply nozzle 70.
  • the Si atom-containing gas and the C atom-containing gas are supplied from different gas supply nozzles, it is possible to prevent the SiC film from being deposited in the gas supply nozzle.
  • the carrier gas is just to supply appropriate carrier gas, respectively, when adjusting the density
  • a reducing gas such as hydrogen gas may be used.
  • the reducing gas in this case is preferably supplied from a gas supply nozzle that supplies a C atom-containing gas. Therefore, in this embodiment, the reducing gas is supplied from the second gas supply nozzle 70 that supplies the C atom-containing gas.
  • the reducing gas is reduced, so that the decomposition of the Si atom-containing gas is compared with that during film formation. It is possible to suppress the deposition of the Si film in the first gas supply nozzle 60.
  • the reducing gas can be used as a carrier gas for the C atom-containing gas.
  • the reducing gas can be used as a carrier gas for the C atom-containing gas.
  • an inert gas particularly a rare gas
  • Ar gas is used as the carrier gas for the Si atom-containing gas.
  • SiCl 4 gas and Ar gas are supplied to the first gas supply nozzle 60, and C 3 H 8 gas and H 2 gas are supplied to the second gas supply nozzle 70.
  • the combination of these reaction gases is considered to be the best combination as described above, and is not limited thereto.
  • tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas is supplied as a gas containing Si (silicon) atoms and Cl (chlorine) atoms.
  • SiHCl 3 ) gas or dichlorosilane (hereinafter, SiH 2 Cl 2 ) gas may be supplied.
  • the gas containing Si atoms and Cl atoms is also a Si atom-containing gas or a mixed gas of a Si atom-containing gas and a Cl atom-containing gas.
  • SiCl 4 is preferable from the viewpoint of suppressing consumption of Si in the nozzle because the temperature at which pyrolysis is relatively high.
  • a gas containing both Si (silicon) atoms and Cl (chlorine) atoms is supplied, but the Si (silicon) -containing gas and Cl (chlorine) atoms are supplied.
  • the contained gas may be supplied separately.
  • SiH 4 gas and HCL gas may be supplied to the first gas supply nozzle 60.
  • C 3 H 8 gas as a C (carbon) atom-containing gas, (or less C 2 H 4) ethylene is not limited to this gas, acetylene (hereinafter C 2 and H 2) gas may be used.
  • H 2 gas As a reducing gas may be used other H (hydrogen) atom-containing gas is not limited thereto.
  • the carrier gas at least one of rare gases such as Ar (argon) gas, He (helium) gas, Ne (neon) gas, Kr (krypton) gas, and Xe (xenon) gas may be used.
  • rare gases such as Ar (argon) gas, He (helium) gas, Ne (neon) gas, Kr (krypton) gas, and Xe (xenon) gas may be used.
  • a mixed gas in which these rare gases are arbitrarily combined may be used.
  • the Si atom-containing gas is supplied from the first gas supply nozzle 60 and the C atom-containing gas is supplied from the second gas supply nozzle 70, thereby suppressing the deposition of the SiC film in the gas supply nozzle.
  • a method of separating and supplying the Si atom-containing gas and the C atom-containing gas is referred to as a “separate method”.
  • a Si atom-containing gas and a C atom-containing gas are mixed in advance and supplied from the first gas supply nozzle 60 (the Si atom-containing gas and the C atom-containing gas are the same gas).
  • the method of supplying from the supply nozzle is called “premix method”).
  • the ratio (Cl / H) of chlorine as an etching gas and hydrogen as a reducing gas is increased in the Si atom-containing gas, the etching effect by chlorine is increased, and the reaction of the Si atom-containing gas is suppressed. It is possible.
  • a separate method is adopted as a reaction gas supply method, and a reaction gas is supplied from the side of the wafer 14 toward the wafer 14 from the gas supply nozzles 60 and 70. I am doing so. Then, the reaction gas supplied to the wafer 14 passes through the film formation surface (the lower side surface in FIG. 3) of the wafer 14, and then externally from the first gas exhaust port 90 provided on the lower side in the reaction chamber 44. Exhausted. However, since the reaction gas supply direction and the reaction gas exhaust direction are different, a part of the reaction gas ejected (supplied) from the gas supply ports 68 and 72 is exhausted before reaching the wafer 14 ( Here, it goes to the lower side).
  • the flow rate and concentration of the reaction gas tend to be non-uniform between the upper side and the lower side in the reaction chamber 44. Therefore, it is preferable to alternately arrange the first gas supply nozzle 60 for supplying the Si atom-containing gas and the second gas supply nozzle 70 for supplying the C atom-containing gas between the heating body 48 and the wafer 14.
  • the gas supply nozzles 60 and 70 mixing of the Si atom-containing gas and the C atom-containing gas can be promoted.
  • the gas supply ports 68 and 72 of the gas supply nozzles 60 and 70 are respectively directed to the central portion of the wafer 14, the reaction gas supplied from the gas supply ports 68 and 72 is directed to the central portion of the wafer 14. It flows toward and mixes efficiently along the way.
  • the reaction gas can be uniformly supplied in the left-right direction around the second gas supply nozzle 70 at the center in the arrangement direction, and the uniformity of the supply of the reaction gas to the wafer 14 can be improved (FIG. 8).
  • the total number of gas supply nozzles 60 and 70 may be three or seven or more depending on the size (volume) of the reaction chamber 44, etc., instead of the total five.
  • the second gas supply nozzles 70 that supply the C atom-containing gas are arranged at the center and both ends, and the first gas supply nozzle 60 that supplies the Si atom-containing gas is interposed between the second gas supply nozzles 70.
  • the first gas supply nozzle 60 for supplying the Si atom-containing gas is arranged at the center and both ends, and the second gas supply nozzle 70 for supplying the C atom-containing gas is used as the first gas supply nozzle. You may arrange
  • the second gas supply nozzles 70 that supply the C atom-containing gas are arranged at the center and both ends, and the first gas supply nozzle 60 that supplies the Si atom-containing gas is arranged between the second gas supply nozzles 70.
  • the flow rate ratio (center / both sides) of the H 2 gas that is supplied in large quantities as the carrier gas together with the C atom-containing gas (main field) is adjusted.
  • the flow of the reaction gas passing through the wafer 14 can be controlled, and the film thickness of the wafer 14 can be easily controlled.
  • the Si atom-containing gas, the C atom-containing gas, and the chlorine-containing gas are supplied from the first gas supply nozzle 60, and the second gas supply nozzle 70 is supplied. It is preferable to supply hydrogen gas which is a reducing gas. Thereby, the flow of the reaction gas passing through the wafer 14 can be controlled by adjusting the flow rate ratio (center / both sides) of the H 2 gas supplied in large quantities as carrier gas (which becomes the mainstream of the field). The film thickness of the wafer 14 can be easily controlled.
  • the gas supply nozzles 60 and 70 are provided in the reaction tube 42 so as to extend in the stacking direction of the wafer 14, and from the base end portions 60 a and 70 a to the front end portions 60 b and 70 b.
  • a plurality of gas supply ports 68 and 72 are provided side by side.
  • the base end portions 60 a and 70 a are provided on the opening side of the reaction tube 42, and the distal end portions 60 b and 70 b are provided on the bottom side of the reaction tube 42.
  • the gas supply ports 68 and 72 are provided at equal intervals (for example, the stacking interval of the wafers 14) along the longitudinal direction of the gas supply nozzles 60 and 70, and are opened toward the wafer 14.
  • a rectification unit protruding in the supply direction of the reaction gas from each gas supply port 68 and 72.
  • the rectification unit is provided integrally with each of the gas supply nozzles 60 and 70, and is formed in a substantially rectangular shape along the circumferential direction (left and right direction in the drawing) of each of the gas supply nozzles 60 and 70.
  • the base end side of each rectification unit is connected to each gas supply nozzle 60, 70, and the front end side of each rectification unit faces the wafer 14.
  • the rectification units below the gas supply ports 68 and 72 are arranged on the first gas exhaust port 90 side. Thereby, it can suppress that the reactive gas from each gas supply port 68,72 flows toward the 1st gas exhaust port 90 directly.
  • the pod 16 when the pod 16 storing a plurality of wafers 14 is set on the pod stage 18, the pod 16 is transferred from the pod stage 18 to the pod storage shelf 22 by the pod transfer device 20. Stocked. Next, the pod 16 stocked on the pod storage shelf 22 is transported to the pod opener 24 and set by the pod transport device 20. Next, the lid 16 a of the pod 16 is opened by the pod opener 24, and the number of wafers 14 stored in the pod 16 is detected by the substrate number detector 26. Thereafter, the substrate transfer machine 28 takes out the wafer 14 from the pod 16 at the position of the pod opener 24, and the taken-out wafer 14 is transferred to the boat 30.
  • vacuum exhaust is performed by the vacuum exhaust device 220 shown in FIG. 2 so that the inside of the reaction chamber 44 has a predetermined pressure (degree of vacuum).
  • the pressure in the reaction chamber 44 is measured by the pressure sensor, and the APC valve 214 communicating with the first gas exhaust port 90 and the second gas exhaust port 390 is feedback-controlled based on the measured pressure.
  • the heating body 48 is heated so that the inside of the wafer 14 and the reaction chamber 44 has a predetermined temperature.
  • the power supply to the induction coil 50 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor so that the reaction chamber 44 has a predetermined temperature distribution.
  • the position with respect to the induction coil 50 of the short circuit ring 51 shown by FIG. 4 etc. is changed, and the temperature (temperature distribution) in the reaction chamber 44 is adjusted.
  • the temperature distribution is achieved by moving the short-circuit ring 51 along the axial direction, replacing the short-circuit ring 51 illustrated with another short-circuit ring having a different diameter, or arranging an additional short-circuit ring. You may comprise so that it may adjust.
  • the temperature distribution in the reaction chamber 44 is adjusted by using both the adjustment of the state of energization to the induction coil 50 and the position change of the short-circuit ring 51. Subsequently, the boat 30 is rotated by the rotating mechanism 104, and thereby the wafer 14 is also rotated.
  • SiCl 4 gas which is a gas containing Si (silicon) atoms and Cl (chlorine) atoms, which contributes to the growth of the SiC epitaxial film
  • Ar gas which is a carrier gas
  • the valve 212c 212d are opened, the respective reaction gases flow through the second gas line 260, and are injected into the reaction chamber 44 through the second gas supply nozzle 70 and the second gas supply port 72.
  • the reaction gas injected from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 flows inside the heating body 48 in the reaction chamber 44 and is exhausted from the first gas exhaust port 90 through the gas exhaust pipe 230.
  • the reaction gas injected from the first gas supply port 68 and the second gas supply port 72 passes through the reaction chamber 44, the reaction gas comes into contact with the wafer 14 made of SiC or the like, and on the film formation surface of the wafer 14. Then, an SiC epitaxial film is formed.
  • the gas supply nozzles 60 and 70 are provided with the rectifying plate, the diffusion flowing toward the other adjacent gas supply ports is suppressed, and as a result, each wafer 14 is made more uniform. That is, the film thickness of each wafer 14 becomes constant, and the occurrence of product errors (variations) is suppressed.
  • the valve 212e is opened, and the third gas The gas flows through the line 240 and is supplied into the reaction chamber 44 from the third gas supply port 360.
  • Ar gas as an inert gas supplied from the third gas supply port 360 passes between the heat insulating material 54 and the reaction tube 42 in the reaction chamber 44 and is exhausted from the second gas exhaust port 390. Thereafter, the reaction gas is exposed to each wafer 14 as described above, and when a preset time has elapsed, the supply control of each reaction gas is stopped.
  • the series of steps so far, that is, the step of forming the SiC epitaxial film on the film forming surface of each wafer 14 by supplying the reaction gas is the substrate processing step.
  • an inert gas is supplied from an inert gas supply source (not shown), the space inside the heating body 48 in the reaction chamber 44 is replaced with the inert gas, and the pressure in the reaction chamber 44 is restored to normal pressure.
  • each heat-treated (film-formed) wafer 14 is carried out from the lower side of the manifold 36 to the outside of the reaction tube 42 while being held in the boat 30, that is, boat unloaded.
  • Each wafer 14 held in the boat 30 is in a standby state inside a load lock chamber (not shown) until it cools.
  • each wafer 14 is taken out from the boat 30 and set in the pod opener 24 by the operation of the substrate transfer machine 28 shown in FIG. It is transported and stored in an empty pod 16. Thereafter, the pod 16 storing the wafers 14 is transferred to the pod storage shelf 22 or the pod stage 18 by the operation of the pod transfer device 20. In this way, a series of operations of the semiconductor manufacturing apparatus 10 is completed.
  • a short-circuit ring 51 is provided around the induction coil 50. Therefore, when a high frequency current is passed through the induction coil 50, magnetic fields acting in opposite directions are generated on the heating body 48 and the short-circuit ring 51. As a result, the amount of heat generated by the heating body 48 is reduced as compared with the case where the short-circuit ring 51 is not provided. In other words, the induction heating efficiency of the heating body 48 by the induction coil 50 can be intentionally lowered by the short-circuit ring 51, whereby the temperature adjustment of the heating body 48 and consequently the reaction chamber 44 is possible.
  • the temperature in the reaction chamber 44 can be adjusted in more detail.
  • the temperature in the reaction chamber 44 can be adjusted in more detail by configuring the short-circuit ring 51 to be movable up and down.
  • the temperature in the reaction chamber 44 can be adjusted in more detail by replacing the short-circuit ring 51 with another short-circuit ring having a different diameter or arranging an additional short-circuit ring.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example in which the position of the short-circuit ring 51 with respect to the induction coil 50 is different.
  • the graph shown in FIG. 10 shows the heat generation distribution of the heating body 48 when the induction coil 50 is arranged at the positions indicated by A to E in FIG. This graph shows the heat distribution of the heating body 48 with the upper end of the heating body 48 as the reference position (0 mm) and the downward direction from the reference position as the positive direction (+ direction).
  • a so-called vertical batch type semiconductor manufacturing apparatus has been described as an object of the invention, but of course, the present invention is not limited to this embodiment, and a horizontal batch type semiconductor manufacturing apparatus. Needless to say, the present invention can be applied to an apparatus, and can also be applied to a single wafer type semiconductor manufacturing apparatus under certain conditions.
  • the SiC epitaxial film growth apparatus has been described as an example in the embodiment of the present invention.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a heat treatment apparatus such as a SiC annealing apparatus that needs to be processed at a high temperature. Needless to say, there are.
  • the present invention includes at least the following embodiments.
  • a reaction vessel for processing a plurality of stacked substrates A heating body for heating the inside of the reaction vessel; An induction coil for induction heating the heating body; A short-circuit ring provided around the induction coil and generating a magnetic field in a direction different from the magnetic field acting on the heating body when a high-frequency current is applied to the induction coil; A substrate processing apparatus, wherein a position of the short-circuit ring with respect to the induction coil is variable.
  • Appendix 4 The substrate processing apparatus according to appendix 1, wherein one or both of at least two short-circuit rings having different diameters can be arranged around the induction coil.
  • Appendix 5 A step of carrying a plurality of substrates in a stacked state into the reaction vessel of the substrate processing apparatus according to any one of Appendix 1 to Appendix 4, Energizing the induction coil to inductively heat the heating body to heat the inside of the reaction vessel; Adjusting the temperature in the reaction vessel by changing the position of the shorting ring relative to the induction coil; A substrate processing method.
  • a plurality of substrates are loaded into the reaction vessel of the substrate processing apparatus according to any one of Appendix 1 to Appendix 4, Energizing the induction coil to inductively heat the heating body to heat the reaction vessel; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a substrate processing step of adjusting a temperature in the reaction vessel by changing a position of the short-circuit ring with respect to the induction coil.
  • the present invention can be widely used in manufacturing industries for manufacturing semiconductor devices (semiconductor devices), substrates on which SiC epitaxial films are formed, and the like.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor manufacturing apparatus (substrate processing apparatus), 12 ... Housing, 14 ... Wafer (substrate), 15 ... Wafer holder, 15a ... Lower wafer holder, 15b ... Upper wafer holder, 16 ... Pod, 16a ... Cover, 18 ... Pod stage, 20 ... Pod transfer device, 22 ... Pod storage shelf, 24 ... Pod opener, 26 ... Substrate number detector, 28 ... Substrate transfer machine, 30 ... Boat, 32 ... Arm, 34 ... Boat heat insulation, 36 ... Manifold (reaction vessel), 40 ... processing furnace, 42 ... reaction tube (reaction vessel), 44 ... reaction chamber, 48 ... heated body, 50 ...
  • inductive coil 52 ... temperature control unit, 54 ... insulation, 55 ... outer insulation Wall, 58 ... Magnetic seal, 60 ... First gas supply nozzle (gas nozzle, first gas nozzle), 60a ... Base end portion, 60b ... Tip portion, 68 ... First gas supply port (gas supply port), 6 ... Rectifying plate (rectifying member), 70 ... second gas supply nozzle (gas nozzle, second gas nozzle), 70a ... base end, 70b ... tip, 72 ... second gas supply port (gas supply port), 78 ... gas Flow control unit, 90 ... first gas exhaust port (exhaust port), 98 ... pressure control unit, 102 ... seal cap, 104 ... rotation mechanism, 108 ... drive control unit, 150 ...

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Abstract

　誘導コイルや加熱体の形状、寸法、材質などを変更することなく、反応容器内の温度調整を可能とする。半導体製造装置１０は、積層された複数のウェーハ１４を処理する反応管４２と、反応管４２内を加熱する加熱体４８と、加熱体４８を誘導加熱する誘導コイル５０と、誘導コイル５０の周囲に設けられ、誘導コイル５０に高周波電流が通電された際に、加熱体４８に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リング５１とを有する。

Description

基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法
　本発明は、基板処理装置、基板処理方法および半導体装置の製造方法に関するものである。
　基板上に炭化ケイ素膜（以下「ＳｉＣ膜」）を形成する基板処理装置、基板上にＳｉＣ膜を形成する工程を含む基板処理方法や半導体装置製造方法では、装置のメンテナンス後やプロセス条件の変更時などに、基板処理が行われる反応容器内の温度調整が必要になる場合がある。特許文献１には、ウェーハなどの基板に対して熱処理を行う拡散装置やＣＶＤ装置などにおける温度制御について記載されている。
特開２０１１－０４４５３６号公報
　しかし、従来の基板処理装置では、装置のメンテナンス後やプロセス条件の変更時などにおける反応容器内の温度調整に多くの時間と手間を要した。例えば、従来のＳｉＣエピタキシャル成長装置では、必要とされる処理温度（１５００℃～１８００℃）を得るために、加熱体の周囲に設けられた誘導コイルに高周波電流を流して加熱体を誘導加熱することで反応容器内を加熱している。しかし、加熱体表面における発熱分布は誘導コイルおよび加熱体の構造に依拠しており、誘導コイルや加熱体の形状、寸法、材質などを変更しなければ加熱体表面における発熱分布を変更することはできない。さらに、加熱体表面における発熱分布を変更するために誘導コイルや加熱体を交換する場合には、反応容器が大気開放されるので、反応容器内の真空置換作業やクリーニング作業が必要になる。
　本発明の目的は、誘導コイルや加熱体の形状、寸法、材質などを変更することなく、反応容器内の温度調整を可能とすることである。
　本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
　本発明の一態様である基板処理装置は、積層された複数の基板を処理する反応容器と、前記反応容器内を加熱する加熱体と、前記加熱体を誘導加熱する誘導コイルと、前記誘導コイルの周囲に設けられ、該誘導コイルに高周波電流が通電された際に、前記加熱体に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リングとを有する。
　本発明の一態様である基板処理方法は、基板を処理する反応容器、前記反応容器内を加熱する加熱体、前記加熱体の周囲に設けられた誘導コイルおよび前記誘導コイルの周囲に設けられ、該誘導コイルに高周波電流が通電された際に、前記加熱体に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リングを備える基板処理装置の前記反応容器内に複数の基板を積層状態で搬入する工程と、前記誘導コイルに通電して前記加熱体を誘導加熱させて前記反応容器内を加熱する工程と、前記短絡リングの前記誘導コイルに対する位置を変化させて前記反応容器内の温度を調整する工程とを含む。
　本発明の一態様である半導体装置の製造方法は、基板を処理する反応容器、前記反応容器内を加熱する加熱体、前記加熱体の周囲に設けられた誘導コイルおよび前記誘導コイルの周囲に設けられ、該誘導コイルに高周波電流が通電された際に、前記加熱体に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リングを備える基板処理装置の前記反応容器内に複数の基板を積層状態で搬入し、前記誘導コイルに通電して前記加熱体を誘導加熱させて前記反応容器内を加熱し、前記短絡リングの前記誘導コイルに対する位置を変化させて前記反応容器内の温度を調整する基板処理工程を含む。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。すなわち、誘導コイルや加熱体の形状、寸法、材質などを変更することなく、反応容器内の温度調整が可能となる。
本発明が適用された基板処理装置の一例である半導体製造装置の概要を示す斜視図である。 処理炉の内部構造を示す断面図である。 ウェーハをウェーハホルダに保持させた状態を示す断面図である。 誘導コイルと短絡リングの位置関係の一例を示す斜視図である。 誘導コイルと短絡リングの位置関係の一例を示す部分斜視図である。 誘導コイルと短絡リングの位置関係の一例を示す部分断面図である。 基板処理装置の制御系統を説明するブロック図である。 処理炉内におけるガスノズルの配置状態の一例を示す断面図である。 誘導コイルと短絡リングの位置関係の異なる例を示す模式図である。 図９に示されている誘導コイルと短絡リングの各位置関係と加熱体の発熱分布との関係を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について説明する。図１に、本発明が適用された基板処理装置の一例であるＳｉＣエピタキシャル膜を形成するＳｉＣエピタキシャル成長装置の概略構造を示す。図示されているＳｉＣエピタキシャル成長装置１０は、所謂バッチ式縦型ＳｉＣエピタキシャル成長装置であり、高さ方向に重ねられた複数枚のＳｉＣウェーハを一度に処理することができる。バッチ式縦型ＳｉＣエピタキシャル成長装置には、一度に処理できるＳｉＣウェーハの数が多くスループットが向上するという利点がある。
　＜全体の構成＞ 　図１を参照して本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置１０および当該装置１０を用いたＳｉＣエピタキシャル膜の成膜工程を含む半導体装置製造方法について説明する。以下、説明の便宜上、ＳｉＣエピタキシャル成長装置１０を「半導体製造装置１０」と呼ぶこととする。
　図１に示されている半導体製造装置１０は、複数の機構を収容した筐体１２を備えている。この半導体製造装置１０では、例えばＳｉまたはＳｉＣ等で構成された基板であるウェーハ１４を収納する基板収容器であるポッド（フープ）１６が、ウェーハキャリアとして使用される。筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置され、このポッドステージ１８には、複数のポッド１６が外部から搬入されるようになっている。各ポッド１６には、例えば、２５枚のウェーハ１４が収納され、蓋１６ａが閉じられた状態でポッドステージ１８にセットされる。
　筐体１２内の正面側であって、ポッドステージ１８と対向する部分には、ポッド搬送装置２０が設けられている。また、ポッド搬送装置２０の近傍には、ポッド収納棚２２、ポッドオープナ２４および基板枚数検知器２６が設けられている。ポッド収納棚２２は、ポッドオープナ２４の上方に設けられており、ポッド１６を複数個（図示では５個）搭載した状態で保持するように構成されている。基板枚数検知器２６は、ポッドオープナ２４に隣接して設けられており、ポッド搬送装置２０は、ポッドステージ１８、ポッド収納棚２２およびポッドオープナ２４の間で、次々とポッド１６を搬送するようになっている。ポッドオープナ２４は、ポッド１６の蓋１６ａを開けるものであり、基板枚数検知器２６は、蓋１６ａが開けられたポッド１６内のウェーハ１４の枚数を検知するようになっている。
　筐体１２内には、基板移載機２８および基板保持具としてのボート３０が設けられている。基板移載機２８は、複数のアーム（ツイーザ）３２を備えており、図示しない駆動手段により昇降可能かつ回転可能な構造となっている。各アーム３２は、例えば、５枚のウェーハ１４を一度に取り出すことができ、各アーム３２を動かすことで、ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６とボート３０との間で、ウェーハ１４を搬送するようになっている。
　ボート３０は、例えば、カーボングラファイトやＳｉＣ等の耐熱性材料により形成されており、複数枚のウェーハ１４を水平姿勢で、かつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持するように構成されている。なお、ボート３０の下方側には、略円筒形状に形成されたボート断熱部３４が設けられている（図２参照）。ボート断熱部３４は、例えば、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、後述する加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わり難くしている。
　筐体１２内の背面側でかつ上方側には処理炉４０が設けられている。処理炉４０の内部には、複数枚のウェーハ１４が積層状態で装填されたボート３０が搬出入され、各ウェーハ１４に対する熱処理（成膜処理）が行われる。
　＜処理炉の構成＞ 　図２は処理炉４０の内部構造を示す断面図である。図２に示されるように、処理炉４０には、第１ガス供給口（ガス供給口）６８を有する第１ガス供給ノズル（ガスノズル，第１ガスノズル）６０、第２ガス供給口（ガス供給口）７２を有する第２ガス供給ノズル（ガスノズル，第２ガスノズル）７０および各ガス供給ノズル６０，７０からの反応ガスを外部に排気する第１ガス排気口（ガス排気口）９０が設けられている。また、不活性ガスを供給する第３ガス供給口３６０および不活性ガスを外部に排気する第２ガス排気口３９０が設けられている。
　処理炉４０は、円筒形状の反応室４４を形成する反応管４２を備えている。この反応管４２は、石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管４２内には反応室４４が形成されている。反応室４４は、複数枚のウェーハ１４を水平姿勢で、かつ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げて保持しているボート３０を搬出入することができるように構成されている。
　ここで、ウェーハ１４を積層状態でボート３０に装填する際には図３に示されるようにすることが好ましい。具体的には、ボート３０に保持されるウェーハホルダ１５を、円環状に形成した下部ウェーハホルダ１５ａと円板状に形成した上部ウェーハホルダ１５ｂとから形成し、下部ウェーハホルダ１５ａと上部ウェーハホルダ１５ｂとによりウェーハ１４を挟む。これにより、ウェーハ１４の上方側から落下してくるパーティクル（微細ゴミ）からウェーハ１４を保護することができ、成膜面（ウェーハ１４の下面）とは反対側の面（ウェーハ１４の上面）が成膜されるのを抑制できる。さらに、ウェーハ１４の成膜面をボート３０（ボート柱）から離間させることができるので、ボート柱の影響により反応ガスがウェーハ１４の成膜面に流れ難くなるような不具合を確実に防止できる。この場合においても、ボート３０は、複数枚のウェーハ１４を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で、下部ウェーハホルダ１５ａおよび上部ウェーハホルダ１５ｂを介して、縦方向に積層保持することになる。
　さらに好ましくは、図２に示されている反応室４４内に設けられている各ガス供給ノズル６０，７０と第１ガス排気口９０との間であって、加熱体４８とウェーハ１４との間に、加熱体４８とウェーハ１４との間の空間を埋めるように垂直方向に延在し断面が円弧形状となった構造物を設けるとよい。例えば、上記構造物をボート３０（ウェーハ１４）と接触しないように挟んで対向する位置にそれぞれ設けることで、各ガス供給ノズル６０，７０から供給される反応ガスが、加熱体４８の内壁に沿って流れてウェーハ１４を迂回することを防止できる整流効果を得ることができる。また、ＳｉＣエピタキシャル膜の処理温度が１５００～１８００℃と高熱であることから、耐熱およびパーティクルの発生を抑制する観点からは、カーボングラファイト等によって構造物を構成することが好ましい。
　反応管４２の開口側（下方側）には、当該反応管４２と同心円状にマニホールド３６が配設されている。このマニホールド３６は、例えばステンレス等からなり、上方側および下方側が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド３６は反応管４２を支持し、マニホールド３６と反応管４２との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。マニホールド３６が保持体（図示せず）に支持されることにより、反応管４２は垂直に据付けられた状態となっている。換言すれば、反応管４２とマニホールド３６とにより反応容器が構成されている。
　処理炉４０は、誘導コイル５０と、誘導コイル５０によって誘導加熱される加熱体４８とを備えている。加熱体４８は反応室４４内に設けられている。一方、図２,図４に示されるように、誘導コイル５０は反応室４４（反応管４２）の外側に、反応管４２を取り囲むように設けられている。加熱体４８は、誘導コイル５０に高周波電流が通電されると誘導加熱されて自己発熱し、反応室４４内を加熱する。
　さらに、図２,図４～図６に示されるように、誘導コイル５０の周囲には短絡リング５１が設けられている。誘導コイル５０に高周波電流を通電させると、短絡リング５１にも電流が流れて磁場が発生する。この磁場は、加熱体４８に作用する磁場に対して逆向きに作用する磁場であり、加熱体４８の発熱量を減少させる。すなわち、誘導コイル５０による加熱体４８の誘導加熱効率を短絡リング５１によって意図的に低下させることで、加熱体４８、ひいては反応室４４の温度を調整することができる。加えて、誘導コイル５０に対する短絡リング５１の位置を変更することによって、反応室４４の温度をより詳細に調整することができる。
　ここで、誘導コイル５０に対する短絡リング５１の位置変更には、上下方向（軸線方向）における位置変更と左右方向（径方向）における位置変更とがある。誘導コイル５０に対する短絡リング５１の位置を上下方向に関して変更する場合には、短絡リング５１を上下に移動させればよい。例えば、短絡リング５１を誘導コイル５０の軸線方向に沿って昇降可能に保持するガイド部材を設け、このガイド部材に沿って短絡リング５１を手動で昇降させればよい。または、電動モータと電動モータの回転運動を直線運動に変換して短絡リング５１に伝達するギヤなどからなる駆動機構を設け、この駆動機構によって短絡リング５１をガイド部材に沿って昇降させてもよい。一方、誘導コイル５０に対する短絡リング５１の位置を左右方向に関して変更する場合には、図示されている短絡リング５１を径の異なる他の短絡リング５１に交換すればよい。例えば、径の異なる複数の短絡リング５１を着脱可能なホルダ部材を設けるとともに、径の異なる複数の短絡リング５１を予め用意しておき、これら複数の短絡リング５１の中から任意に選択した短絡リング５１をホルダ部材に装着すればよい。
　短絡リング５１の数は１つに限られず、誘導コイル５０の周囲に複数の短絡リング５１を配置してもよい。この場合、それぞれの短絡リング５１の寸法（高さ、厚み、径など）は共通であってもよく、共通でなくともよい。寸法の異なる複数の短絡リング５１を適宜組み合わせて用いることにより、より詳細な温度調整が可能になる。また、短絡リングを構成する部材についても適宜変更しても良い。
　ここで、反応室の鉛直方向下側に排気管が設けられるのが一般的なレイアウトである。本実施形態においても第１ガス排気口９０および第２ガス排気口３９０に接続されたガス排気管２３０は反応室４４の鉛直方向下側に設けられている（図２参照）。かかるレイアウトの場合、排気管近傍の温度を下げたいという要求がある。しかし、反応室下部にもウェーハが存在しているので、反応室下部周辺は他の部分に比べてより精密な温度調整が求められる。そこで、短絡リング５１を誘導コイル５０の下部またはガス排気管２３０の近傍に配置し、反応室４４の下部周辺における詳細な温度調整を可能とすれば、他の部分に短絡リング５１を配置した場合に比べてより適切な温度条件下で基板を処理することができる。
　加熱体４８の近傍には、反応室４４内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が設けられている。誘導コイル５０および温度センサは、コントローラ１５２の温度制御部５２（図７参照）と電気的に接続されており、温度センサにより検出された温度情報に基づいて、誘導コイル５０への通電具合が調節され、これにより反応室４４内の温度が所望の温度分布となるよう所定のタイミングで制御されるよう構成されている。
　図２に示されるように、反応管４２と加熱体４８との間には、例えば、誘導加熱され難いカーボンフェルト等で形成された断熱材５４が設けられている。かかる断熱材５４を設けることで、加熱体４８から発せられる熱が、反応管４２あるいは反応管４２の外部に伝達されることを抑制することができる。
　また、短絡リング５１の外側には、反応室４４内の熱が外部に伝達されるのを抑制するために、例えば、水冷構造を備えた外側断熱壁５５が設けられている。この外側断熱壁５５は、反応室４４、誘導コイル５０および短絡リング５１を囲むように設けられている。さらに、外側断熱壁５５の外側には、誘導コイル５０への通電により発生した磁場（磁束）が外部に漏洩するのを防止する磁気シール５８が設けられている。
　加熱体４８とウェーハ１４との間には、少なくともＳｉ（シリコン）原子およびＣｌ（塩素）原子を含有するガスとキャリアガスとをウェーハ１４に供給するために、第１ガス供給口６８を有する第１ガス供給ノズル６０が設けられている。また、加熱体４８とウェーハ１４との間であって、第１ガス供給ノズル６０とは異なる箇所には、少なくともＣ（炭素）原子含有ガスと還元ガスとをウェーハ１４に供給するために、第２ガス供給口７２を有する第２ガス供給ノズル７０が設けられている。さらに、加熱体４８とウェーハ１４との間であって、ガス供給ノズル６０，７０の反対側には、第１ガス排気口９０が設けられている。また、反応管４２と断熱材５４との間には、第３ガス供給口３６０および第２ガス排気口３９０が設けられている。
　上述した各ガス供給ノズル６０，７０から供給される反応ガスは、半導体製造装置１０を説明するために挙げた一例であり、これらの反応ガスの詳細については後述する。また、図２においては、説明を簡潔にするために、各ガス供給ノズル６０，７０がそれぞれ１本ずつ（計２本）図示されているが、各ガス供給ノズル６０，７０の本数や詳細構造等についても後述する。
　第１ガス供給ノズル６０は、例えば、カーボングラファイトで構成され、反応室４４内に設けられている。第１ガス供給ノズル６０は、基端部６０ａおよび先端部６０ｂを備え、基端部６０ａはマニホールド３６を貫通し、当該マニホールド３６に溶接等により取り付けられている。第１ガス供給ノズル６０には、その長手方向に沿って複数の第１ガス供給口６８が設けられている。ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する際、第１ガス供給口６８から反応室４４内に、少なくともＳｉ（シリコン）原子およびＣｌ（塩素）原子を含有するガスとして、例えばテトラクロロシアン（以下、ＳｉＣｌ４とする）ガスと、キャリアガスとして、例えば希ガス（以下、Ａｒガスとする）とが供給されるようになっている。
　第１ガス供給ノズル６０は、第１ガスライン２２２に接続されている。この第１ガスライン２２２は、例えば、各ガス配管２１３ａ，２１３ｂに接続され、各ガス配管２１３ａ，２１３ｂは、ＳｉＣｌ４ガス，Ａｒガスに対する流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（以下ＭＦＣとする）２１１ａ，２１１ｂおよびバルブ２１２ａ，２１２ｂを介して、例えば、ＳｉＣｌ４ガスを供給する第１ガス供給源２１０ａ、Ａｒガスを供給する第２ガス供給源２１０ｂにそれぞれ接続されている。
　この構成により、ＳｉＣｌ４ガス、Ａｒガスのそれぞれの供給流量，濃度，分圧，供給タイミングを、反応室４４内において制御することができる。各バルブ２１２ａ，２１２ｂおよび各ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂは、コントローラ１５２のガス流量制御部７８（図７参照）に電気的に接続されており、供給されるそれぞれのガスの流量が所定流量となるように、所定のタイミングで制御されるようになっている。なお、第１，第２ガス供給源２１０ａ，２１０ｂ、各バルブ２１２ａ，２１２ｂ、各ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂ、各ガス配管２１３ａ，２１３ｂ、第１ガスライン２２２、第１ガス供給ノズル６０および第１ガス供給口６８により、ガス供給系としての第１ガス供給系が構成されている。
　第２ガス供給ノズル７０は、例えば、カーボングラファイトで構成され、反応室４４内に設けられている。第２ガス供給ノズル７０は、基端部７０ａおよび先端部７０ｂを備え、基端部７０ａはマニホールド３６を貫通し、当該マニホールド３６に溶接等により取り付けられている。第２ガス供給ノズル７０には、その長手方向に沿って複数の第２ガス供給口７２が設けられている。ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する際、第２ガス供給口７２から反応室４４内に、少なくともＣ（炭素）原子を含有するガスとして、例えばプロパン（以下Ｃ３Ｈ８とする）ガスと、還元ガスとして、例えば水素（Ｈ原子単体もしくはＨ２分子。以下Ｈ２とする）とが供給されるようになっている。
　第２ガス供給ノズル７０は、第２ガスライン２６０に接続されている。この第２ガスライン２６０は、例えば、各ガス配管２１３ｃ，２１３ｄに接続され、各ガス配管２１３ｃ，２１３ｄは、Ｃ３Ｈ８ガスに対する流量制御器としてのＭＦＣ２１１ｃおよびバルブ２１２ｃを介して、Ｃ３Ｈ８ガスを供給する第３ガス供給源２１０ｃに接続され、Ｈ２ガスに対する流量制御器としてのＭＦＣ２１１ｄおよびバルブ２１２ｄを介して、Ｈ２ガスを供給する第４ガス供給源２１０ｄにそれぞれ接続されている。
　この構成により、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガスのそれぞれの供給流量，濃度，分圧，供給タイミングを、反応室４４内において制御することができる。各バルブ２１２ｃ，２１２ｄおよび各ＭＦＣ２１１ｃ，２１１ｄは、コントローラ１５２のガス流量制御部７８（図７参照）に電気的に接続されており、供給されるそれぞれのガスの流量が所定流量となるように、所定のタイミングで制御されるようになっている。なお、第３，第４ガス供給源２１０ｃ，２１０ｄ、各バルブ２１２ｃ，２１２ｄ、各ＭＦＣ２１１ｃ，２１１ｄ、各ガス配管２１３ｃ，２１３ｄ、第２ガスライン２６０、第２ガス供給ノズル７０および第２ガス供給口７２により、ガス供給系としての第２ガス供給系が構成されている。
　ここで、第１ガス供給ノズル６０および第２ガス供給ノズル７０を複数本設ける際には、図８に示されるようにレイアウトすることが好ましい。具体的には、反応室４４内の加熱体４８の内周に沿って第１ガス供給ノズル６０および第２ガス供給ノズル７０を複数本設け、第１ガス供給口６８および第２ガス供給口７２をそれぞれウェーハ１４の方向に向けてガスを噴出可能にする。さらに、第２ガス供給ノズル７０を両端に配置するとよい。このようにレイアウトすると、第２ガス供給口７２から供給される還元ガスにより、成膜ガスがウェーハ１４に供給されやすくなると共に、ウェーハ１４以外の箇所にＳｉ膜やＳｉＣ膜が析出するのを抑制することができる。また、第１ガス供給ノズル６０および第２ガス供給ノズル７０において、第１ガス供給口６８および第２ガス供給口７２は、ウェーハ１４の積層領域（プロダクト領域）内に任意の数を設けてもよいし、ウェーハ１４の積層領域内に当該ウェーハ１４の積層枚数に合わせた数を設けてもよい。
　＜排気系の構成＞ 　図２に示されるように、第１ガス排気口９０は、各ガス供給ノズル６０，７０の位置に対して対向するよう配置されている。マニホールド３６には、第１ガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通して溶接等により取り付けられている。ガス排気管２３０の下流側には、圧力検出器としての圧力センサ（図示せず）および、圧力調整器としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２１４を介して、真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。主としてガス排気管２３０、圧力センサ、ＡＰＣバルブ２１４により、排気系、すなわち、排気ラインが構成される。なお、真空ポンプなどの真空排気装置２２０を排気系に含めて考えてもよい。圧力センサおよびＡＰＣバルブ２１４には、コントローラ１５２の圧力制御部９８（図７参照）が電気的に接続されており、当該圧力制御部９８は、圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２１４の開度を調整し、処理炉４０内の圧力が所定の圧力となるよう所定のタイミングで制御するように構成されている。
　上述のように、第１ガス供給口６８から少なくともＳｉ（シリコン）原子およびＣｌ（塩素）原子を含有するガスとキャリアガスとが供給され、第２ガス供給口７２から少なくともＣ（炭素）原子含有ガスと還元ガスとが供給され、供給された反応ガスはＳｉまたはＳｉＣで構成されたウェーハ１４に対して平行に流れ、第１ガス排気口９０より排気される。したがって、ウェーハ１４の成膜面全体が、効率的かつ均一に反応ガスに曝される。
　また、第３ガス供給口３６０は、反応管４２と断熱材５４との間に配置され、その基端側（図中下方側）がマニホールド３６を貫通し、当該マニホールド３６に溶接等により取り付けられている。さらに、第２ガス排気口３９０は、反応管４２と断熱材５４との間で、かつ第３ガス供給口３６０に対して対向するように配置され、第２ガス排気口３９０はガス排気管２３０に接続されている。
　第３ガス供給口３６０は第３ガスライン２４０に接続され、第３ガスライン２４０は、バルブ２１２ｅ，ＭＦＣ２１１ｅを介して第５ガス供給源２１０ｅに接続されている。この第５ガス供給源２１０ｅからは不活性ガスとして、例えば、希ガスのＡｒ（アルゴン）ガスが供給され、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長に寄与するガス、例えば、Ｓｉ（シリコン）原子含有ガスまたはＣ（炭素）原子含有ガスまたはＣｌ（塩素）原子含有ガスまたはそれらの混合ガスが、反応管４２と断熱材５４との間に進入するのを防ぎ、これにより反応管４２の内壁または断熱材５４の外壁に不要な生成物が付着するのを防止している。
　ここで、バルブ２１２ｅおよび各ＭＦＣ２１１ｅにおいても、コントローラ１５２のガス流量制御部７８（図７参照）に電気的に接続され、Ａｒ（アルゴン）ガスの流量が所定流量となるように、所定のタイミングで制御されるようになっている。また、反応管４２と断熱材５４との間に供給された不活性ガスは、第２ガス排気口３９０およびガス排気管２３０の下流側にあるＡＰＣバルブ２１４を介して、真空排気装置２２０から排気される。
　＜処理炉周辺の構成＞ 　図２に示されるように、処理炉４０の下方側には、当該処理炉４０の開口部分を気密に閉塞するための炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属製であり、円盤状に形成されている。シールキャップ１０２の上面には、処理炉４０の下方側部分と当接するシール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。また、シールキャップ１０２には回転機構１０４が設けられ、当該回転機構１０４の回転軸は、シールキャップ１０２を貫通してボート断熱部３４に接続され、当該ボート断熱部３４およびボート３０を回転させることで、複数積層された各ウェーハ１４を回転させるよう構成されている。
　シールキャップ１０２は、処理炉４０の外側に設けられた昇降機構としての昇降モータ（図示せず）によって、垂直方向に昇降されるように構成されている。これにより、ボート３０を処理炉４０に対して搬出入することが可能となっている。回転機構１０４および昇降モータには、コントローラ１５２の駆動制御部１０８（図７参照）が電気的に接続されており、所定の動作をするよう所定のタイミングで制御するように構成されている。
　＜制御部＞ 　次に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部（種々のバルブや駆動部等）を制御するコントローラ１５２について説明する。
　図７に示されるように、コントローラ１５２は、温度制御部５２，ガス流量制御部７８，圧力制御部９８，駆動制御部１０８を備えている。これらの温度制御部５２，ガス流量制御部７８，圧力制御部９８，駆動制御部１０８は、操作部および入出力部を構成し、半導体製造装置１０の全体を制御する主制御部１５０にそれぞれ電気的に接続されている。
　＜反応ガスの詳細＞ 　次に、第１ガス供給系および第２ガス供給系を設けた理由について詳細に説明する。
　ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置や半導体製造装置においては、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスとＣ（炭素）原子含有ガスとで構成される反応ガス（原料ガス）を反応室に供給することで、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する必要がある。また、複数積層した各ウェーハ１４を水平姿勢で多段に整列させてボート３０に保持させるようにした本実施形態では、各ウェーハ１４への反応ガスの供給を均一化させるために、各ウェーハ１４の近傍から反応ガスをそれぞれ供給すべく、反応室４４内でかつボート３０の長手方向に沿うようガス供給ノズル６０，７０を設けている。したがって、ガス供給ノズル６０，７０内も反応室４４と同じ条件となる。
　ここで、仮に、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスとを同じガス供給ノズルで供給すると、反応ガス同士が反応して当該反応ガスが消費され、反応室４４の下流側で反応ガスが不足するだけでなく、ガス供給ノズル内で反応し堆積したＳｉＣ膜等の堆積物がガス供給ノズルのガス供給口を閉塞し、反応ガスの供給が不安定になるとともに、パーティクルを発生させる等の問題を生じてしまう。
　そこで、本実施形態においては、第１ガス供給ノズル６０からＳｉ原子含有ガスを供給し、第２ガス供給ノズル７０からＣ原子含有ガスを供給している。このように、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスとを異なるガス供給ノズルから供給することにより、ガス供給ノズル内では、ＳｉＣ膜を堆積させないようにすることができる。なお、Ｓｉ原子含有ガスおよびＣ原子含有ガスの濃度や流速を調整したい場合は、それぞれ適切なキャリアガスを供給すればよい。
　さらに、Ｓｉ原子含有ガスをより効率的に使用するために、水素ガスのような還元ガスを用いる場合がある。この場合の還元ガスは、Ｃ原子含有ガスを供給するガス供給ノズルから供給することが好ましい。そこで、本実施形態では、Ｃ原子含有ガスを供給する第２ガス供給ノズル７０から還元ガスを供給している。このように還元ガスをＣ原子含有ガスとともに供給し、反応室４４内でＳｉ原子含有ガスと混合させることにより、還元ガスが少ない状態となるためＳｉ原子含有ガスの分解を成膜時と比較して抑制することができ、第１ガス供給ノズル６０内におけるＳｉ膜の堆積を抑制することが可能となる。この場合、還元ガスをＣ原子含有ガスのキャリアガスとして用いることが可能となる。なお、Ｓｉ原子含有ガスのキャリアとしては、不活性ガス（特に希ガス）を用いることにより、Ｓｉ膜の堆積を抑制することが可能となる。そこで、本実施形態では、ＡｒガスをＳｉ原子含有ガスのキャリアガスとして用いている。
　なお、本実施形態においては、図２に示されるように、第１ガス供給ノズル６０にＳｉＣｌ４ガスおよびＡｒガスが供給され、第２ガス供給ノズル７０にＣ３Ｈ８ガスおよびＨ２ガスが供給されるが、これらの反応ガスの組み合わせは、上述の通り最もよいと考えられる組み合わせであって、これらに限定されることは無い。
　さらに、本実施形態においては、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する際に、Ｓｉ（シリコン）原子およびＣｌ（塩素）原子を含有するガスとしてテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガスを供給したが、トリクロロシラン（以下ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（以下ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給してもよい。言うまでもないが、これらのＳｉ原子およびＣｌ原子を含むガスは、Ｓｉ原子含有ガスでもあり、または、Ｓｉ原子含有ガスおよびＣｌ原子含有ガスの混合ガスとも言える。特に、ＳｉＣｌ４は、熱分解される温度が比較的高いため、ノズル内のＳｉ消費抑制の観点から好ましい。
　本実施形態においては、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する際に、Ｓｉ（シリコン）原子およびＣｌ（塩素）原子の双方を含有するガスを供給したが、Ｓｉ（シリコン）含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスとを個別に供給してもよい。例えば、第１ガス供給ノズル６０に、ＳｉＨ４ガスおよびＨＣＬガスを供給してもよい。
　さらに、本実施形態においては、Ｃ（炭素）原子含有ガスとしてＣ３Ｈ８ガスを用いた場合を示したが、これに限らずエチレン（以下Ｃ２Ｈ４とする）ガス、アセチレン（以下Ｃ２Ｈ２とする）ガスを用いてもよい。
　また、本実施形態においては、還元ガスとしてＨ２ガスを用いた場合を示したが、これに限らず他のＨ（水素）原子含有ガスを用いてもよい。さらには、キャリアガスとしては、Ａｒ（アルゴン）ガス，Ｈｅ（ヘリウム）ガス，Ｎｅ（ネオン）ガス，Ｋｒ（クリプトン）ガス，Ｘｅ（キセノン）ガス等の希ガスのうち少なくとも１つを用いてもよいし、これらの希ガスを任意に組み合わせた混合ガスを用いてもよい。
　本実施形態においては、第１ガス供給ノズル６０からＳｉ原子含有ガスを供給し、第２ガス供給ノズル７０からＣ原子含有ガスを供給することで、ガス供給ノズル内のＳｉＣ膜の堆積を抑制している（以下、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスとを分離して供給する方式を「セパレート方式」と呼ぶ）。
　また、他の方法としてＳｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスとを予め混合しておき、第１ガス供給ノズル６０から供給する方法もある（Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスとを同一のガス供給ノズルから供給する方式を「プレミックス方式」と呼ぶ）。ここで、Ｓｉ原子含有ガスは、エッチングガスである塩素と還元ガスである水素との比（Ｃｌ／Ｈ）を大きくすると、塩素によるエッチング効果の方が大きくなり、Ｓｉ原子含有ガスの反応を抑えることが可能である。よって、一方のガス供給ノズルにＳｉ原子含有ガス、Ｃ原子含有ガスおよび塩素含有ガスを供給し、還元反応に用いられる還元ガス（例えば、水素ガス）を他方のガス供給ノズルから供給することで、ガス供給ノズル内のＣｌ／Ｈが大きくなり、ＳｉＣ膜の堆積を抑制することが可能である。
　＜ガス供給ノズルの構成＞ 　本実施形態においては、反応ガスの供給方式としてセパレート方式を採用し、ガス供給ノズル６０，７０からウェーハ１４に向けて、当該ウェーハ１４の側方から反応ガスを供給するようにしている。そして、ウェーハ１４に供給された反応ガスは、ウェーハ１４の成膜面（図３中下側面）を通過し、その後、反応室４４内の下方側に設けられた第１ガス排気口９０から外部に排気される。しかしながら、反応ガスの供給方向と反応ガスの排気方向とが異なるため、ガス供給口６８，７２から噴出（供給）された反応ガスの一部は、ウェーハ１４に到達する前に排気される方向（ここでは下方側）へ向かってしまう。つまり、反応室４４内の上方側と下方側とでは、反応ガスの流速や濃度が不均一になる傾向がある。そこで、加熱体４８とウェーハ１４との間に、Ｓｉ原子含有ガスを供給する第１ガス供給ノズル６０とＣ原子含有ガスを供給する第２ガス供給ノズル７０とを交互に配置することが好ましい。このように各ガス供給ノズル６０，７０を交互に配置することで、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスとの混合を促進することができる。このとき、ガス供給ノズル６０，７０のガス供給口６８，７２をそれぞれウェーハ１４の中心部分に向けておけば、各ガス供給口６８，７２から供給された反応ガスは、ウェーハ１４の中心部分に向かって流れ、その途中で効率的に混合される。
　さらに、ガス供給ノズル６０，７０は、合計奇数本設けるのが好ましい。これにより、配列方向中心にある第２ガス供給ノズル７０を中心として、左右方向に均一に反応ガスを供給することができ、ウェーハ１４への反応ガスの供給の均一性を高めることができる（図８参照）。なお、ガス供給ノズル６０，７０は合計５本でなくとも、反応室４４の大きさ（容積）等に応じて、合計３本または合計７本以上設けてもよい。また、図８では、Ｃ原子含有ガスを供給する第２ガス供給ノズル７０が中央および両端に配置され、Ｓｉ原子含有ガスを供給する第１ガス供給ノズル６０が第２ガス供給ノズル７０の間に配置されているが、これに限らずＳｉ原子含有ガスを供給する第１ガス供給ノズル６０を中央および両端に配置し、Ｃ原子含有ガスを供給する第２ガス供給ノズル７０を第１ガス供給ノズル６０の間に配置してもよい。
　ただし、Ｃ原子含有ガスを供給する第２ガス供給ノズル７０を中央および両端に配置し、Ｓｉ原子含有ガスを供給する第１ガス供給ノズル６０を第２ガス供給ノズル７０の間に配置するのが好ましい。このように各ガス供給ノズル６０，７０を配置することで、Ｃ原子含有ガスとともにキャリアガスとして大量に供給する（場の主流となる）Ｈ２ガスの流量比（中央／両端側）を調整することで、ウェーハ１４を通過する反応ガスの流れをコントロールすることができ、ウェーハ１４の膜厚制御を容易に行えるようになる。
　ここで、反応ガスの供給方式としてプレミックス方式を採用する場合には、第１ガス供給ノズル６０からＳｉ原子含有ガス、Ｃ原子含有ガスおよび塩素含有ガスを供給し、第２ガス供給ノズル７０から還元ガスである水素ガスを供給するのが好ましい。これにより、キャリアガスとして大量に供給する（場の主流となる）Ｈ２ガスの流量比（中央／両端側）を調整することで、ウェーハ１４を通過する反応ガスの流れをコントロールすることができ、ウェーハ１４の膜厚制御を容易に行えるようになる。
　ガス供給ノズル６０，７０は、図２に示されるように、ウェーハ１４の積層方向に延在するよう反応管４２内に設けられ、その各基端部６０ａ，７０ａから各先端部６０ｂ，７０ｂに向けて、複数の各ガス供給口６８，７２が並んで設けられている。各基端部６０ａ，７０ａは反応管４２の開口側に設けられ、各先端部６０ｂ，７０ｂは反応管４２の底側に設けられている。ガス供給口６８，７２は、各ガス供給ノズル６０，７０の長手方向に沿って等間隔（例えば、ウェーハ１４の積層間隔）で設けられ、ウェーハ１４に向けて開口されている。
　ガス供給ノズル６０，７０の長手方向に沿うガス供給口６８，７２の上下側には、各ガス供給口６８，７２からの反応ガスの供給方向に突出した整流部（整流部材）を設けてもよい。例えば、整流部を各ガス供給ノズル６０，７０にそれぞれ一体に設け、各ガス供給ノズル６０，７０の周方向（図中左右方向）に沿って略長方形形状に形成する。各整流部の基端側は各ガス供給ノズル６０，７０に接続させ、各整流部の先端側はウェーハ１４に向ける。ここで、整流部のうち、各ガス供給口６８，７２の下側にある整流部は、第１ガス排気口９０側に配置する。これにより、各ガス供給口６８，７２からの反応ガスが、第１ガス排気口９０に向けて直接流れてしまうことを抑制することができる。
　＜ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜方法＞ 　次に、以上のように構成された半導体製造装置１０を用いた半導体装置製造方法の一工程として、ＳｉＣ等で構成されるウェーハ１４等の基板上に、例えばＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板の処理方法について説明する。尚、以下の説明において半導体製造装置１０を構成する各部の動作は、図７に示されるコントローラ１５２により制御される。
　まず、図１に示されるように、ポッドステージ１８に複数枚のウェーハ１４を収納したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０によりポッド１６がポッドステージ１８からポッド収納棚２２へ搬送され、ストックされる。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド収納棚２２にストックされたポッド１６がポッドオープナ２４に搬送されてセットされる。次いで、ポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋１６ａが開かれ、基板枚数検知器２６により、ポッド１６に収納されているウェーハ１４の枚数が検知される。その後、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウェーハ１４が取り出され、取り出されたウェーハ１４がボート３０に移載される。
　複数枚のウェーハ１４がボート３０に装填され積層されると、ウェーハ１４を保持したボート３０は、昇降機構の昇降動作により反応室４４内に搬入、つまりボートローディングされる。この状態では、図２に示されているシールキャップ１０２はＯリングを介してマニホールド３６の下端をシールした状態にある。ここまでの一連の工程、つまりボート３０に複数積層された各ウェーハ１４を反応管４２内に搬入し、シールキャップ１０２により密閉するまでの工程（ボートローディング工程）が、基板搬送工程を構成している。
　ボート３０が反応室４４に搬入された後、反応室４４内が所定の圧力（真空度）となるように、図２に示されている真空排気装置２２０によって真空排気が行われる。このとき、反応室４４内の圧力は圧力センサによって測定され、測定された圧力に基づいて第１ガス排気口９０および第２ガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。また、ウェーハ１４および反応室４４内が所定の温度となるように加熱体４８が加熱される。このとき、反応室４４内が所定の温度分布となるよう、温度センサが検出した温度情報に基づいて、誘導コイル５０への通電具合がフィードバック制御される。または、図４などに示されている短絡リング５１の誘導コイル５０に対する位置が変更され、反応室４４内の温度（温度分布）が調整される。具体的には、短絡リング５１を軸方向に沿って移動させたり、図示されている短絡リング５１を径の異なる他の短絡リングと交換したり、追加の短絡リングを配置したりして温度分布を調整するように構成しても良い。さらに、必要に応じて、誘導コイル５０への通電具合の調整と短絡リング５１の位置変更とを併用して反応室４４内の温度分布を調整する。続いて、回転機構１０４によりボート３０が回転されて、これによりウェーハ１４も回転される。
　その後、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長に寄与するＳｉ（シリコン）原子およびＣｌ（塩素）原子を含有するガスであるＳｉＣｌ４ガスと、キャリアガスであるＡｒガスとが第１，第２ガス供給源２１０ａ，２１０ｂからそれぞれ供給され、第１ガス供給口６８から反応室４４内に噴射される。また、Ｃ（炭素）原子含有ガスであるＣ３Ｈ８ガスおよび還元ガスであるＨ２ガスの流量が所定流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｃ，２１１ｄの開度が調整された後に、バルブ２１２ｃ，２１２ｄが開かれ、それぞれの反応ガスが第２ガスライン２６０に流通し、第２ガス供給ノズル７０および第２ガス供給口７２を介して反応室４４内に噴射される。
　第１ガス供給口６８および第２ガス供給口７２から噴射された反応ガスは、反応室４４内の加熱体４８の内側を流れ、第１ガス排気口９０からガス排気管２３０を通って排気される。第１ガス供給口６８および第２ガス供給口７２から噴射された反応ガスは、反応室４４内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウェーハ１４と接触し、ウェーハ１４の成膜面上にＳｉＣエピタキシャル膜が成膜されていく。その際、ガス供給ノズル６０，７０に整流板が設けられている形態では、隣り合う他のガス供給口に向かって流れる拡散が抑制され、その結果、各ウェーハ１４がより均質化される。つまり、各ウェーハ１４の膜厚が一定になり、製品誤差（ばらつき）の発生が抑制される。
　また、第５ガス供給源２１０ｅから供給される不活性ガスとしてのＡｒガスの流量が所定流量となるように、対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、第３ガスライン２４０に流通し、第３ガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３ガス供給口３６０から供給された不活性ガスとしてのＡｒガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２ガス排気口３９０から排気される。その後、上述のように反応ガスを各ウェーハ１４に曝して、予め設定された時間が経過すると、各反応ガスの供給制御が停止される。ここまでの一連の工程、つまり反応ガスの供給により各ウェーハ１４の成膜面上にＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する工程が基板処理工程である。
　次いで、図示しない不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、反応室４４内の加熱体４８の内側の空間が不活性ガスで置換され、さらに反応室４４内の圧力が常圧に復帰される。
　反応室４４内が常圧に復帰した後、昇降機構によりシールキャップ１０２が下降され、処理炉４０の炉口が開口される。これに伴い、熱処理済み（成膜処理済み）の各ウェーハ１４が、ボート３０に保持された状態でマニホールド３６の下方側から反応管４２の外部に搬出、つまりボートアンローディングされる。ボート３０に保持された各ウェーハ１４は、冷えるまで不図示のロードロック室の内部で待機状態となる。
　その後、各ウェーハ１４が所定の温度にまで冷却されると、図１に示されている基板移載機２８の動作により、各ウェーハ１４がボート３０から取り出され、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送されて収納される。その後、ポッド搬送装置２０の動作により、各ウェーハ１４を収納したポッド１６が、ポッド収納棚２２またはポッドステージ１８に搬送される。このようにして、半導体製造装置１０の一連の動作が完了する。
　＜実施形態の代表的効果＞ 　本実施形態では、誘導コイル５０の周囲に短絡リング５１が設けられている。よって、誘導コイル５０に高周波電流が通電されると、加熱体４８および短絡リング５１に互いに逆向きに作用する磁場が発生する。この結果、短絡リング５１が設けられていない場合に比べて加熱体４８の発熱量が減少する。すなわち、誘導コイル５０による加熱体４８の誘導加熱効率を短絡リング５１によって意図的に低下させることができ、これにより加熱体４８、ひいては反応室４４の温度調整が可能となる。
　さらに、誘導コイル５０に対する短絡リング５１の位置を変更すれば、反応室４４内の温度をより詳細に調整することができる。例えば、短絡リング５１を上下に移動可能に構成することによって、反応室４４内の温度をより詳細に調整することができる。また、短絡リング５１を径の異なる他の短絡リングに交換したり、追加の短絡リングを配置したりすることによって、反応室４４内の温度をより詳細に調整することができる。
　図９は、誘導コイル５０に対する短絡リング５１の位置の異なる例を示す模式図である。図１０に示されているグラフは、誘導コイル５０を図９中のＡ～Ｅに示す位置にそれぞれ配置した場合の加熱体４８の発熱分布を示している。このグラフでは、加熱体４８の上端を基準位置（０ｍｍ）とし、基準位置から下方に向かう方向を正方向（＋方向）として加熱体４８の発熱分布を示している。
　図１０に示されているグラフより、誘導コイル５０に対する短絡リング５１の位置を変更することによって加熱体４８の発熱分布を調整可能であることがわかる。
　以上の通り、本発明の実施の形態における一つの例として、いわゆる縦型のバッチ式半導体製造装置を発明の対象として説明してきたが、当然この実施の形態に限らず、横型のバッチ式半導体製造装置に適用することも可能であるし、一定の条件の下で枚葉型の半導体製造装置に適用することも可能であることは言うまでも無い。
　また、本発明の実施の形態における一つの例としてＳｉＣエピタキシャル膜成長装置について説明したが、これに限らず、高温で処理する必要がある例えばＳｉＣアニール装置などの熱処理装置に適用することも可能であることは言うまでも無い。
　本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。
　[付記１] 　積層された複数の基板を処理する反応容器と、
　前記反応容器内を加熱する加熱体と、
　前記加熱体を誘導加熱する誘導コイルと、
　前記誘導コイルの周囲に設けられ、該誘導コイルに高周波電流が通電された際に、前記加熱体に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リングと、を有し、
　前記誘導コイルに対する前記短絡リングの位置が可変である基板処理装置。
　[付記２] 　前記短絡リングが前記誘導コイルの下部近傍に配置されている付記１に記載の基板処理装置。
　[付記３] 　前記短絡リングが前記誘導コイルの軸線に沿って昇降可能である付記１に記載の基板処理装置。
　[付記４] 　互いに径の異なる少なくとも２つの前記短絡リングの一方または双方を前記誘導コイルの周囲に配置可能である付記１に記載の基板処理装置。
　[付記５] 　付記１から付記４のいずれかに記載の基板処理装置の前記反応容器内に複数の基板を積層状態で搬入する工程と、
　前記誘導コイルに通電して前記加熱体を誘導加熱させて前記反応容器内を加熱する工程と、
　前記短絡リングの前記誘導コイルに対する位置を変化させて前記反応容器内の温度を調整する工程と、
　を含む基板処理方法。
　[付記６] 　付記１から付記４のいずれかに記載の基板処理装置の前記反応容器内に複数の基板を積層状態で搬入し、
　前記誘導コイルに通電して前記加熱体を誘導加熱させて前記反応容器内を加熱し、
　前記短絡リングの前記誘導コイルに対する位置を変化させて前記反応容器内の温度を調整する基板処理工程を含む半導体装置の製造方法。
　本発明は、半導体装置（半導体デバイス）やＳｉＣエピタキシャル膜が成膜された基板などを製造する製造業等に幅広く利用することができる。
　１０…半導体製造装置（基板処理装置）、１２…筐体、１４…ウェーハ（基板）、１５…ウェーハホルダ、１５ａ…下部ウェーハホルダ、１５ｂ…上部ウェーハホルダ、１６…ポッド、１６ａ…蓋、１８…ポッドステージ、２０…ポッド搬送装置、２２…ポッド収納棚、２４…ポッドオープナ、２６…基板枚数検知器、２８…基板移載機、３０…ボート、３２…アーム、３４…ボート断熱部、３６…マニホールド（反応容器）、４０…処理炉、４２…反応管（反応容器）、４４…反応室、４８…加熱体、５０…誘導コイル、５２…温度制御部、５４…断熱材、５５…外側断熱壁、５８…磁気シール、６０…第１ガス供給ノズル（ガスノズル，第１ガスノズル）、６０ａ…基端部、６０ｂ…先端部、６８…第１ガス供給口（ガス供給口）、６９…整流板（整流部材）、７０…第２ガス供給ノズル（ガスノズル，第２ガスノズル）、７０ａ…基端部、７０ｂ…先端部、７２…第２ガス供給口（ガス供給口）、７８…ガス流量制御部、９０…第１ガス排気口（排気口）、９８…圧力制御部、１０２…シールキャップ、１０４…回転機構、１０８…駆動制御部、１５０…主制御部、１５２…コントローラ、２１０ａ…第１ガス供給源、２１０ｂ…第２ガス供給源、２１０ｃ…第３ガス供給源、２１０ｄ…第４ガス供給源、２１０ｅ…第５ガス供給源、２１１ａ～２１１ｅ…ＭＦＣ、２１２ａ～２１２ｅ…バルブ、２１３ａ～２１３ｄ…ガス配管、２１４…ＡＰＣバルブ、２２０…真空排気装置、２２２…第１ガスライン、２３０…ガス排気管、２４０…第３ガスライン、２６０…第２ガスライン

Claims (3)

  1. 　積層された複数の基板を処理する反応容器と、
    　前記反応容器内を加熱する加熱体と、
    　前記加熱体を誘導加熱する誘導コイルと、
    　前記誘導コイルの周囲に設けられ、該誘導コイルに高周波電流が通電された際に、前記加熱体に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リングと、
    　を有する基板処理装置。
  2. 　基板を処理する反応容器、前記反応容器内を加熱する加熱体、前記加熱体の周囲に設けられた誘導コイルおよび前記誘導コイルの周囲に設けられ、該誘導コイルに高周波電流が通電された際に、前記加熱体に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リングを備える基板処理装置の前記反応容器内に複数の基板を積層状態で搬入する工程と、
    　前記誘導コイルに通電して前記加熱体を誘導加熱させて前記反応容器内を加熱する工程と、
    　前記短絡リングの前記誘導コイルに対する位置を変化させて前記反応容器内の温度を調整する工程と、
    　を含む基板処理方法。
  3. 　基板を処理する反応容器、前記反応容器内を加熱する加熱体、前記加熱体の周囲に設けられた誘導コイルおよび前記誘導コイルの周囲に設けられ、該誘導コイルに高周波電流が通電された際に、前記加熱体に作用する磁場と異なる向きの磁場を発生させる短絡リングを備える基板処理装置の前記反応容器内に複数の基板を積層状態で搬入する工程と、
    　前記誘導コイルに通電して前記加熱体を誘導加熱させて前記反応容器内を加熱する工程と、
    　前記短絡リングの前記誘導コイルに対する位置を変化させて前記反応容器内の温度を調整する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
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